PLC可编程控制器应用技术作业5

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1、学习目标： 了解可编程控制器设计的基本原则与步骤； 掌握节省 I/O 点数的常用方法； 掌握 PLC 实际应用中的注意事项。第五章 可编程控制器的应用设计第一节可编程控制器控制系统设计的基本原则和步骤一、可编程控制器控制系统的设计原则任何一个电气控制系统所要完成的控制任务，都是为使控制对象（生产控制设备、自动化生产线、生产工艺过程等）满足提出的各项性能指标，最大限度的提高劳动生产率，保证产品质量，减轻劳动强度和危害程度，提高自动化水平。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循的基本原则。 最大限度的使被控对象满足提出的各项性能指标：设计人员在进行设计前，就应深入现场进行调查研究，搜集资料，与机

2、械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，以便协同解决在设计过程中出现的各种问题。 确保控制系统的安全可靠：可靠性就是生命线，不能安全可靠工作的电气控制系统，不可能长期投入生产运行的，尤其是在以提高产品产量和质量，保证生产安全为目标的应用场合，必须将可靠性放在首位，必要时应构成冗余控制系统。 力求控制系统简单：在能够满足控制要求和保证可靠工作的前提下，应力求控制系统构成简单。只有构成简单的控制系统才具有经济性、实用性的特点，才能做到使用方便和维护容易。 留有适当的裕量：考虑到生产规模的扩大，生产工艺的改进等要充分利用可编程控制器易于扩充的特点，在选择 PLC 的容量（包括存

3、储器的容量、机架插槽数、I/O 点的数量等）时，应留有适当的裕量。二、可编程控制器控制系统设计的主要内容1. 明确设计任务和技术条件在设计任务书中，应明确各项设计要求、约束条件及控制方式。因此，设计任务书是整个系统设计的依据。2. 确定用户输入设备和输出设备要明确输入设备的类型（如控制按钮、形成凯管、操作开关、检测元件、保护器件、传感器等）和数量，输出设备的类型（如信号灯、接触器、继电器等执行元件）和数量以及由输出设备驱动的负载（如电动机、电磁阀等） ，并进行分类、汇总。3. 选择可编程控制器的机型正确、合理的选择机型对于保证整个系统的技术经济性能指标起着重要作用。4. 分配 I/O 通道，绘

4、制 I/O 接线图通过多用户输入、输出设备的分析、分类和整理，进行相应的 I/O 通导分配，并据此绘制 I/O 接线图。至此，基本完成了 PLC 控制系统的硬件设计。5. 设计控制程序一般采用梯形图语言设计系统的控制程序。6. 必要时设计非标准设备在进行设备选形式，应尽量选用标准设备。如无标准设备可选，还可能需要设计操作台、控制贵、模拟显示屏等非标准设备。7. 编程控制系统的技术软件在设计任务完成后，要编制系统的技术文件。技术文件一般应包括设计说明书、使用说明书、I/O 接线图和控制程序（如梯形图）三、可编程控制器控制系统设计的一般步骤（参考图 51）（一）评估控制任务在设计前，因该首先把 P

5、LC 控制与其他控制方式，主要是与继电器控制和微机控制加以比较，特别是从以下几个方面予以考虑。1. 控制规模2. 工艺复杂程度3. 可靠性要求4. 数据处理程度（二）PLC 的选型1. I/O 输入、输出处设备的数量和性质在选择 PLC 时，首先应对系统要求的输入、输出有详细得了解，即输入量有多少，输出量有多少，哪些是开关（或数字）量，哪些是模拟量，对于数字型输出量还应了解负载的性质，以选择合适的输出形式（继电器型、晶体管型、双向晶闸管型）及决定选择整体式还是模块式的 PLC.以下图表例讲解：典型电气传动设备及常用电气元件所需 I、O 点数序号 电气设备、元件 输入点数 输出点数 I/O 总数

6、1 单向运行的交流笼型电动机 4 1 52 可逆运行的交流笼型电动机 5 2 73 Y-D 启动的交流笼型电动机 4 3 74 单向运行的变极电动机 5 3 85 可逆运行的变极电动机 6 4 106 单向运行的直流电动机 9 6 157 可逆运行的直流电动机 12 8 208 单线圈电磁阀 2 1 39 双线圈电磁阀 3 2 510 比例阀 3 2 511 按钮开关 1 112 光电管开关 2 213 信号灯 1 114 拨码开关 4 415 三挡波段开关 3 316 行程开关 1 117 接近开关 1 118 电磁抱闸 1 119 风机 1 120 位置开关 2 221 功能控制单元 20

7、（16，32，48）以可逆运行的交流笼型电动机为例：输入信号需要有正向起动按钮、反向起动按钮、停止按钮以及需要正反向连锁的接触器反馈信号（将正、反向接触器的输出信号都反馈到 PLC 的输入端，这样可以提高系统控制的可靠性） ，需要占用 PLC 的 5 个输入点。输出信号为正、反向接触器的线圈，需要占用 PLC 的 2 个输出点。2. PLC 的功能要根据该系统的控制过程和控制规律，确定 PLC 机应具有的功能。各个系列不同规格的 PLC 机所具有的功能并不完全相同。如有些小型 PLC 只能有开关量的逻辑控制功能，而不具备数据处理和模拟处理功能。3. 用户程序存储器的容量一般说来，用户程序存储器

8、所需的内存容量与内存利用率、开关量 I/O 总点数、模拟量 I/O 总点数及设计者的编程水平有关。（三）系统设计可编程控制器的系统设计包括硬件设计和软件设计。1. 硬件设计指 PLC 外部设备的设计。在硬件设计中要进行输入设备的选择，执行元件（如接触器的线圈、电磁阀线圈、指示灯等）的选择，以及控制台、柜的设计。此外还要对 PLC 做出 I/O 通道分配表，表中应包含 I/O 编号、设备代号、名称及功能，应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号排在一起，以便于施工。2. 软件设计可编程控制器的软件设计就是编写用户的控制程序。这是 PLC 控制系统设计中工作量最大的工作。软件设计的主要内容一般包

9、括： 存储器空间的分配； 专用寄存器的确定； 系统初始化程序的设计； 各个功能块子程序的编制； 主程序的编制及调试； 故障应急措施； 其他辅助程序的设计。对于电气技术人员来说，编写用户的控制程序就是设计梯形图程序，可以采用逻辑设计法或经验设计法。四、系统调试（一）实验室模拟调试在进行 PLC 控制系统的程序调试时，所需要的信息可分为三类： 程序运算中产生的； 操作人员输入的； 现场实际状态返回的。在控制程序的实验室联调阶段，前两类信息一般没有问题，只有第三类问题不容易解决。模拟调试法的基本思想是：模拟发生第三类信号，为程序的调试创造出最大限度逼近现场实际情况的环境。模拟方法主要有下述两种。1.

10、 硬件模拟法这种方法通常用于 PLC 的 I/O 点数裕量不大，内存较为紧张的场合。此时还需要一些设备，如用另一台 PLC 来模拟现场发生的信号，并将这些信号以硬连线的方式接到用于控制的 PLC 的输入模板中去。2. 软件模拟法这种方法是用于 PLC 的点数和内存均有一定裕量的场合。（二）现场联机统调在统调时，一般应首先屏蔽外部输出，再利用编程器的监控功能，采用分段分级调试方法，通过运行检查外部输入量是否无误，然后再利用 PLC 的强迫置位/复位功能逐个运行输出部件。1. 做好调试准备拔出全部模板，主机及所有各通道站的电源开关置于“OFF”位置，检查220V/110V 切换开关或跨接线是否正确

11、。2. 主机系统通电检查各个状态指示灯及风扇运行情况。3. 编程器联机调试编程器与主机正确连接后通电，检查显示、风扇，以及装载磁带、磁盘的功能。进行初始化操作，清内存，装入磁带或磁盘。用编程器对主机进行起动、停止操作，然后进行编程操作试验。4. PLC 系统组态配置调整与投入5. I/O 模板调试（1）数字量模板测试输字量输入模板时，只要利用模板端子上的电源接线端，逐一短接各个输入端子，检查输入点 LED 指示并从编程器上观察该点状态即可。测试数字量输出模板时，利用编程器强制各个输出点为 ON，或编一段简单程序使各个输出点置位，检查各个输出点 LED 指示和输出电压。（2）模拟量模板测试模拟量

12、输入模板时，用一个电压源或电流源作为信号，用电位器分压或分流，提供模拟量输入信号，用电压表或电流表测出输入端信号，然后与 PLC 内数字信号进行换算比较、检查精度。测试模拟量输出模板时，用编程器给出 0 点、中点、满数字，实际测量输出电流和电压。6. PLC 系统与操作台、模拟屏、MCC 盘的联调7. PLC 与现场输入设备和传动设备的联调8. 用调试程序进行系统静调系统静调是在 MCC 系统和现场设备为投入或未完全投入的情况下，模拟整个生产过程的控制，主要是为了调试完善应用软件。9. 系统空操作调试MCC 盘上主电路不送电，而操作回路给电，在操作台上（包括就地操作台）进行手动、自动各种操作，

13、检查继电器、接触器动作情况，这种调试称为空操作实验。10. 空载单机调试 逐台给单机主电路送电，进行就地手动试车。11. 空载联动试车尽可能把全系统所有设备都纳入空载联调，这时应使用实际的应用程序，但某些在空载时无法得到的信号仍然需要模拟，如料斗装、放料信号等，料流信号等，可用时间程序产生。12. 实际热负载试车热负载试车尽量采取间断方式，即试车处理再试车。（三）程序存储及归档第二节节省 I/O 点数的几种方法一、对输入信号的处理1、合并输入扩展法几个动断触点串联或动合触点并联时，用合并输入的方法与 PLC 相连，可以有效的减少占用 PLC 的输入点。例：一个两地控制的继电器接触器控制线路如图

14、 52，如果输入点比较紧张时，可采取先在 PLC 外部将四个动断触点串联，两个动合触点并联后再接入 PLC 的输入端子的方法，只占用两个输入点，如图 54 所示。ASB3ASB1ASB2SB4SB5FR KM00000001COM0500COM 220V+_图 5-4 采取常闭点、常开点合并输入措施2、分频输入扩展法电动机起、停控制只能通过一个按钮来实现，既节省了 PLC 点数，又减少外部按钮及接线。3、机外设置输入扩展法对某些功能简单，与其他设备没有连锁的输入信号，在 PLC 的输入点紧张时，可设置在 PLC 外部的输出电路中，如图 56 所示。SB1SB2FR1FR2KM1KM205040

15、505COM 一一一一 220V图 5-6 将无联锁输入设置在 PLC 外部a) 分组输入扩展法当具有自动、手动两种操作方式时，可将这两种不同操作方式的输入信号，按自动和手动分成两组，用分组输入的方法有自动/手动转换开关进行切换，并通过外部输入点（图 5-7 中的 0000）控制程序的转换。见图 5-7。0000COM000200030004COM+_K1K2K3S1S2S3一一一一图 5-7 分组输入5、矩阵式输入扩展法矩阵是输入扩展法可以显著的减少所需的输入点数。这种方法是将 m 个输入点作为行线，将 n 个输出点作为列线，组成 mn 矩阵。这种接法类似于计算机键盘扫描电路，只要在 n 个

16、输出点依次输出编码，而在 m 个输入点读入各个开关的状态，就可以判别是哪个（或哪些）开关动作。6、编码输入扩展法：PLC 的存储器和内部辅助继电器有大量多余，只缺少几个输入点时，可采用此法。即将按钮或开关信号作编码处理，并在梯形图中设计译码程序，这样可以利用 PLC 软件来扩展输入点。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 17-Mar-2007 Sheet of File: F:PLCJIAOANPLC一一123.ddb Drawn By:SB4SB5SB6SB1SB2SB3000200030004com+-图 5-10 编码输入电路特点： 双动合按钮的两对动合触点串联后接到 PLC 的内部 24V 电源，以免两个动合触点在闭合过程中的静态信号输入到 PLC 内部。 按钮的动合触点的闭合过程一般小于 0.1S，因此，在 PLC 内部的译